UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁ FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA MECANISMOS Gu í a de L ab o rat o rio No .2 M e c a n i s m o d e l Mo Mo t o r d e G a s o l i n a C u a tr t r o T i e m p o s y C u a t r o C i l in in d r o s
1. Descripción: Esta experiencia permitirá estudiar los conceptos básicos de los mecanismos de un motor de gasolina de cuatro tiempos y cuatro cilindros. Estos incluyen el mecanismo de biela-manivela-corrediza y el mecanismo de accionamiento de las válvulas de admisión y escape.
2. Objetivos Generales 2.1 Identificar los eslabones y pares que componen los mecanismos de un motor de gasolina de cuatro tiempos y cuatro cilindros. 1.1. Dibujar el mecanismo biela-manivela-corrediza biela-manivela -corrediza manualmente y utilizando el programa INVENTOR. 1.2. Analizar gráficamente gráf icamente el mecanismo biela-manivela-corrediza biela-manivela -corrediza mostrando mo strando su configuración en distintas fases para un ciclo completo de movimiento. Incluir en el análisis el mecanismo de accionamiento de las válvulas de admisión y escape.
3. Objetivos Específicos 3.1 Visualizar el funcionamiento f uncionamiento de un motor m otor de gasolina de cuatro tiempos y cuatro cilindros. 3.2 Identificar los mecanismos y pares que componen un motor de gasolina de cuatro tiempos y cuatro cilindros. 3.3 Desarrollar manualmente los diagramas cinemáticos de los mecanismos de un motor de gasolina de cuatro tiempos y cuatro cilindros. 3.4 Desarrollar el e l modelo cinemático ci nemático del motor de cuatro c uatro cilindros mediante INVENTOR sin incluir el mecanismo de activación de las levas de admisión y escape. 3.5 Identificar el ciclo termodinámico, el ciclo del cigüeñal y el ciclo del árbol de levas. El primero debe mostrar la posición de cada pistón en función del ángulo de giro del cigüeñal, el otro la posición de las válvulas en función del ángulo de giro del cigüeñal. 3.6 Dibujar el cigûeñal. 3.7 Dibujar el árbol de levas.
4. Equipos y materiales a utilizar 1
4.1 Modelo didáctico de un motor de gasolina de cuatro tiempos y cuatro cilindros. 4.2 Regla graduada en mm 4.3 Papel 8 ½”X11” 4.4 Juego de geometría 4.5 Programa INVENTOR
5. Metodología 5.1 Mediciones mediante observación directa, comparación y pruebas. 5.2 Identificación de los pares y eslabones de los mecanismos. 5.3 Discusión de las experiencias y resultados. 5.4 Análisis cualitativo y cuantitativo. 5.5 Investigación complementaria. 5.6 Evaluación: asistencia, participación y aporte individual y de grupo. 5.7 Entrega y evaluación del reporte. 5.8 Utilice el sistema Internacional de Unidades (SI).
6. Procedimiento 6.1 Ponga en movimiento el modelo didáctico del motor de gasolina de cuatro tiempos y cuatro cilindros y analice visualmente cada uno de los mecanismos que lo componen. Referencia: inicio de admisión en el primer cilindro. 6.2 Identifique cada uno de los elementos del sistema (eslabones y pares) y haga una lista enumerada. Incluya el mecanismo de los árboles de leva. 6.3 Desarrolle manualmente dibujos esquemáticos de los mecanismos individuales y uno del sistema completo. Incluya el mecanismo de los árboles de leva. 6.4 Desarrolle un dibujo del mecanismo biela-manivela-corrediza del motor de cuatro cilindros mediante INVENTOR.
7. Preguntas y Resultados 7.1 Desarrollar el diagrama cinemático del mecanismo de un motor de gasolina de cuatro tiempos y cuatro cilindros. 7.2 Identificar los eslabones y pares del mecanismo de biela-manivelacorrediza. Determinar el número de grados de libertad. 7.3 Tomando las medidas necesarias sobre los elementos del sistema, determine la carrera delos pistones. 7.4 Desarrollar el diagrama cinemático del mecanismo de accionamiento de las válvulas de admisión y escape. 7.5 **Joan Identificar los eslabones y pares del mecanismo de accionamiento de las válvulas de admisión y escape. Determinar el número de grados de libertad. 7.6 Definir el movimiento de cada eslabón en el mecanismo de accionamiento de las válvulas de admisión y escape.
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7.7 **KETZANYSDetermine la razón de velocidad entre el cigüeñal y el árbol de levas. 7.8 Tomando como referencia el inicio de la carrera de admisión del primer pistón como 0°, ponga en movimiento el modelo y llene la siguiente tabla. 7.9 Dibuje dos diagramas para un ciclo termodinámico (dos ciclos del cigüeñal, un ciclo del árbol de levas). El primero debe mostrar la carrera en función del ángulo de giro del cigüeñal, el otro la posición de las válvulas en función del ángulo de giro del cigüeñal. 7.10 GREGORYDibuje el árbol de levas en la posición de 0°. Muestre la posición relativa entre las levas. Grados del cigüeñal (1er Pistón) 0 – π Π - 2π 2π - 3π 3π - 4π (2do Pistón) 0 – π Π - 2π 2π - 3π 3π - 4π (3do Pistón) 0 – π Π - 2π 2π - 3π 3π - 4π (4do Pistón) 0 – π Π - 2π 2π - 3π 3π - 4π
Grados del árbol de levas
Válvula de Adminsión
Válvula de Escape
Carrera
Potencia
Escape
Compresión
Admisión
7.1 ** MADERLINE Dibuje dos diagramas para un ciclo termodinámico (dos ciclos del cigüeñal, un ciclo del árbol de levas). El primero debe mostrar la carrera de cada pistón en función del ángulo de giro del cigüeñal, el otro la posición de las válvulas de cada pistón en función del ángulo de giro del cigüeñal. 7.2 Dibuje el árbol de levas en la posición de 0°.
8 Análisis y conclusiones (respuestas individuales) 8.1 ¿Qué suposiciones son necesarias para la simplificación del diagrama cinemático estudiado en el laboratorio? 3
8.2 Investigue sobre otros mecanismos para accionar las válvulas de admisión y escape. 8.3 ¿Qué diferencias existen entre un motor de gasolina y un motor diesel de cuatro tiempos y cuatro cilindros? 8.4 ¿Cuál fue el aporte más significativo para usted de esta experiencia?
9 Bibliografía (individual por estudiante) 9.1 Indicar la bibliografía que utilizó para desarrollar esta experiencia de laboratorio.
10. Teoría Un motor de gasolina de cuatro tiempos y cuatro cilindros es una máquina de combustión interna, donde se acoplan elementos simples, para integrar un sistema capaz de aprovechar la energía producida por la combustión de una mezcla de aire-combustible, dentro de un cilindro y crear movimiento. El ciclo completo en un motor de combustión, como el estudiado en este laboratorio, se realiza en cuatro carreras del pistón: carrera de admisión, carrera de compresión, carrera de potencia y carrera de escape. Un diagrama de un motor de gasolina de cuatro tiempos y cuatro cilindros se muestra en la Figura 2.1. Cada uno de los cilindros estará ejecutando una carrera específica. La secuencia de las carreras entre los cilindros está definida.
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Figura 2.1 Motor de cuatro cilindros y cuatro tiempos La Figura 2.2 muestra un prototipo del motor seccionado de gasolina de cuatro cilindros. El prototipo incluye todos los eslabones y pares que componen el motor. El estudiante podrá reconocer el mecanismo biela-manivela-corrediza y el mecanismo de activación de las levas de admisión y escape. En un ciclo termodinámico, el fluido de trabajo sufre una transformación a lo largo del ciclo, pero en el punto de partida vuelve a tener las mismas propiedades iniciales. El ciclo del motor de gasolina en realidad, no es un ciclo termodinámico aunque se considera así, ya que al finalizar la última carrera (escape), siempre entrará mezcla nueva a la cámara (admisión). Por cada dos revoluciones o ciclo mecánico del sistema biela-manivelacorrediza, habrá un ciclo termodinámico y un ciclo del mecanismo de accionamiento de las válvulas.
11. Referencias: 11.1 Kinematics and Dynamics of Machinery. Charles E. Wilson, J.P. Sadler y W.J. Michels. Quinta edición. Harper&Row, Publeshers, New york, 1983. 5
Figura 2.2 Motor de gasolina de cuatro cilindros
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